"Cercurile minunate" din Desertul Namib pot fi modelate • Elena Naimark • Știința științifică despre "Elementele" • Ecologie

Cercurile minunate din Desertul Namib pot fi modelate

Fig. 1. Iată cercurile misterioase care apar în deșertul Namib: printre iarba cu o anumită regularitate există pete goale de pământ gol (2-12 m în diametru) înconjurate de "gulere" înguste de iarbă mai groasă. Fotografii de la smithsonianmag.com

Oamenii de știință au propus un model cuprinzător de formare a așa-numitelor "minunate cercuri" din Namibia – un model obișnuit de pete coapte în acoperișul vegetației deșertului. Acest model ține cont de concurența plantelor pentru umiditate, care este un factor important în climatul arid, precum și activitatea termitelor, care distrug toată vegetația deasupra cuiburilor. Termitele cuiburilor, așa cum sa dovedit în timpul studiului modelului, pot fi formate cu o regularitate spațială cunoscută și, prin urmare, acoperirea vegetației asupra cuiburilor dobândește și o formă bine organizată. Adăugarea de relații competitive între plante oferă modelului un realism mai real, explicând formarea de cercuri noi și supraaglomerarea celor vechi, absența petelor înfilete într-un climat umed, precum și inegalitatea secundară în distribuirea stratului de iarbă între cercuri.Acest studiu transformă căutarea motivelor pentru formarea unor astfel de cercuri într-o nouă direcție, indicând necesitatea studierii parametrilor care nu au fost încă luați în considerare.

"Cercurile minunate" (vezi cercul de zână) din deșertul Namib (figura 1) sunt recunoscute ca fiind una dintre misterele timpurilor noastre. De ce apar pete acoperite cu vegetație uniformă? Și ar fi bine dacă aceste pete goale au apărut într-un singur loc, dar nu – se întind de două mii de kilometri în toată Namibia, din Africa de Sud în Angola. În consecință, acesta nu este un fenomen exotic generat de o confluență accidentală a circumstanțelor unice, ci o manifestare a forțelor care sunt obligatorii pe întreg teritoriul de o mie de kilometri.

Nu se poate spune că misterul "cercurilor minunate" din Namibia nu a fost încercat să fie dezvăluit. Dimpotrivă, aceste cercuri au atras o cantitate echitabilă de eforturi științifice. Studiile privind distribuția lor spațială, diversitatea speciilor, măsurarea compoziției solului, umiditatea acestuia și alți parametri au format două ipoteze alternative. Ambele ipoteze sunt construite pe o serie de dovezi, deci sunt considerate egale.

Primul este că petele corespund termitelor, care mănâncă rădăcinile plantelor și biomasei moarte.Astfel, în cazul în care există o colonie de termite, se formează un loc chel, care poate fi menținut o perioadă de timp după moartea coloniei.

Cea de-a doua ipoteză afirmă că modelul de vegetație se formează datorită concurenței plantelor individuale pentru umiditate. În jurul locului de creștere activă a umezelii de iarbă devine mai puțin, se oprește în creștere în jurul acestui site. Dar, pe șantier, umbrirea suplimentară creează condiții favorabile pentru creșterea acesteia. Există o rată optimă de parcele populate și nepopulate, acțiunea constantă a forțelor concurențiale și a celor cooperative creează un model regulat în acoperirea vegetației.

Aderenții din prima ipoteză se bazează pe aranjamentul coordonat al petelor și cuiburilor de termite și furnici, studiile privind dieta termitelor (mănâncă imediat germenii plasați în cercuri), măsurătorile umidității solului (se pare că sunt mai mari în cercuri decât cercurile exterioare). Umiditatea ridicată în cercuri este favorabilă existenței termitelor și este determinată tocmai de absența plantelor.

Oponenții – și, în consecință, aderenții celei de-a doua teorii – obiectează că termenii nu pot crea un model obișnuit. În mod inevitabil, va fi accidental, la fel ca și distribuția cuiburilor de termite.Dar – și acesta este un argument puternic – cercuri similare sunt cunoscute în deșertul australian, dar nu există termite în ele și cuiburile de termite sunt distribuite diferit decât cercurile (Figura 2). Potrivit adepților acestei ipoteze, un model obișnuit în acoperirea vegetației poate fi determinat numai de interacțiunile globale de mediu ale concurenței și asistenței reciproce, similare întotdeauna și peste tot.

Fig. 2. "Cercuri minunate" (pete scrumiere din soluri de cărămidă roșie) în Australia, în regiunea aridă a Pilbara (vezi Pilbara), ocupând o suprafață de aproximativ o mie și jumătate de mie de metri pătrați. km; distribuția de termite și furnici în această zonă nu corespunde distribuției vegetației. Din articolul: S. Getzin et al, 2016. Descoperirea cercurilor de zână din Australia susține teoria autoorganizării

Experții din cadrul Departamentului de Ecologie și Biologie Evolutivă de la Universitatea Princeton din SUA au încercat să rezolve cele două ipoteze, împreună cu colegii din Centrul de Cercetare Mpala (Kenya), Universitatea din Idaho (SUA), Universitatea Ebraică din Ierusalim (Israel) și Universitatea Strathclyde din Glasgow (Regatul Unit). Ei au făcut un model în care au luat în considerare atât factorii – activitatea "subversivă" a termitelor, cât și concurența plantelor pentru umezeală prețioasă.

În primul rând, au verificat modelul dacă ar putea fi format un model obișnuit în acoperirea vegetației ca rezultat al termitei "stripping". Pentru aceasta, a fost necesar să se accepte următoarele condiții simple, dar destul de realiste. Teritoriile cu colonii au o anumită suprafață furajeră, iar cu cât este mai mare cuibul, cu atât este mai mare acest teritoriu. Teritoriile colonizate concurează pentru teritoriu dacă densitatea coloniilor devine mare. Tinerii colonii sunt construite pe teritorii libere, dar pot fi distruse de o colonie mare din vecinătate. Și în cele din urmă, viața coloniei este limitată, adică chiar și o colonie mare încetează să mai existe după un anumit timp.

Toate aceste proprietăți biologice au expresii cantitative care au devenit parametri ai acestui model. Parametrii au fost calculați pe baza distribuției mai multor populații de furnici și termiți pe diferite continente. Implementarea unui model cu parametrii pentru diferite populații a arătat că este destul de probabil să se formeze regularități în locația cuiburilor insectelor sociale. Deci unul dintre argumentele oponenților teoriei "termite" este eliminat: cuiburile insectelor sociale sunt distribuite în spațiu într-o manieră ordonată și, ca rezultat,zonele lor de hrănire – "cercurile minunate" – primesc, de asemenea, o anumită ordine.

Dacă impunem mai multe reguli privind viața plantelor pe acest model, imaginea modelului rezultat va fi chiar mai aproape de realitate. Aceste reguli, adică modelul de auto-organizare a plantelor acoperă în condițiile locale, în funcție de umiditate, sugerează, în primul rând, concurența pentru umiditate și creșterea intensă a ierbii în locuri umede, în al doilea rând, formarea de spațiu gol în jurul său datorită epuizării locale a umidității, În al treilea rând, atunci când crește aproape de vecini, creșterea plantelor este accelerată datorită umbrării reciproce. De asemenea, se ține seama de schimbarea ratei de creștere cu o schimbare generală a umidității – de exemplu, dacă vine sezonul ploios. Pentru acest model, s-au calculat și parametrii corespunzători pentru diferitele climate.

Modelul combinat a avut ca rezultat detalii foarte plauzibile care nu sunt obținute în ambele modele, luate separat (figura 3). Una dintre astfel de caracteristici ale modelului combinat este formarea unei grosimi ierboase a "cercurilor minunate". Mananca plante peste cuibul lor, termite nu numai elimina umezeala de la consumatori, dar, de asemenea, slăbiți sol. Ca urmare, umiditatea se acumulează în cerc și mai multe plante pot crește în jurul acestui punct umed.Rădăcinile lor sunt direcționate către centrul locului.

Fig. 3. Suprafața vegetativă caracteristică între "cercurile minunate" (un exemplu de cercuri namibiene): a este o vedere generală; b – spațiul dintre cercurile cu neregularități secundare ale stratului de acoperire; c – imitația aceluiași strat de acoperire în model, iarba este prezentată în verde pe pământul brun; scara este aceeași în b și c; d – analiza (Fourier) a zonelor de pete de iarbă secundară din model și datele reale. Se poate observa că natura creșterii iarbelor între pete este foarte asemănătoare, prin urmare, este explicată în mod satisfăcător de modelul propus. Fig. din articolul respectiv natură

Un alt rezultat al modelului combinat este supraaglomerarea rapidă a cercurilor cu creșterea precipitațiilor. Dacă cantitatea de precipitații crește, viteza de creștere a ierbii devine mai mare decât rata de utilizare a insectelor. Acest lucru explică lipsa de pete de chelie într-un climat mai umed; acolo, dimpotrivă, așa cum este prevăzut de model, mai sus sunt mai multe suprafețe de vegetație deasupra cuiburilor.

Fig. 4. Huvelthzhi (în traducere înseamnă "dealuri mici") în Parcul Național Tygerberg (rezervația naturală Tygerberg) din Africa de Sud. Fotografie de la cameratrap.mywild.co.za

Și, în plus, modelul secundar, mai mic, a apărut în imitația modelului de acoperire vegetală.Într-adevăr, în spațiile dintre pete, ierburile cresc, de asemenea, neuniform, formând clustere dense intercalate cu patch-uri de iarbă rară. Surprinzător, dar modelul combinat a arătat aceste zone groase și sărace. Domeniul și distribuția lor sunt în acord cu imaginea reală.

Fig. 5. Distribuția neobișnuită a vegetației (acest tip se numește murundus, care se traduce ca "grămezi mari de pământ") în Parcul Național Emas din Brazilia. Foto © Edu Jung de la panoramio.com

Dar știința nu ar fi știință dacă soluția propusă nu ar cauza noi probleme și noi dispute. Una dintre ele este dacă modelul este aplicabil tuturor fenomenelor similare, iar pe lângă "cercurile minunate" din Namibia și australia există și Huveltjies (Heuweltjie) din provincia Western Cape din Africa de Sud, "campos de murundus" în Brazilia (Fig.5 ) (vezi AT de Oliveira-Filho, 1992. Murge of the Island-Effect asupra comunității de plante), movile Mima în America de Nord.

Fig. 6. Mima Mounds în preierul statului Washington (SUA). Fotografii de la darkroastedblend.com

Astfel, în "cercurile minunate" australiene (a se vedea figura 2), umiditatea în sol nu este distribuită deloc în același mod ca în cercurile namibiene. Acolo, în afara cercurilor, solul este mai umed decât în ​​interiorul cercurilor, iar cercul deasupra este acoperit cu un tort de argilă întărit de umiditate.Umiditatea curge de la această crustă la margini, creând un exces de umiditate în jurul circumferinței. Prin urmare, marginea ierburilor "cercului minunat" crește de-a lungul circumferinței petelor golale. Această explicație nu este mai puțin logică decât modelul termite-ecologic complex. Deci, atunci când comparăm cercurile australiene și namibiene, oamenii de știință vor trebui să se întrebe acum despre originea cercului și de ce se poate forma o nudă peste ei. Și pentru asta aveți nevoie de un alt set de date. Deci, publicarea în natură nu a pus capăt misterului cercurilor minunate, dar a dat căutării o nouă direcție.

Sursa: Corina Tarnita, Juan Bonachela, Efrat Sheffer, Jennifer A. Guyton, Tyler C. Coverdale, Ryan A. Long și Robert M. Pringle. O fundație teoretică pentru modelele de vegetație regulate la scară multiplă // natură. 2017. V. 541. P. 398-401.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: